模块4 电池与电源管理系统
项目1 电池构造与原理
4.1.1 电池的特性与分类
电池为蓄电池的简称，本书中的高压电池一般指可充电的、为高压部件提供电源的大容量蓄电池。
蓄电池是电动车的心脏。高压蓄电池通过电源插头等进行外部充电。它向动力电子单元直接供电。
动力电子单元将直流电压转化为交流电压并通过三条线路（U、V和W）向电动机/发电机供应三相交流电。在电动机驱动下电动车开始运行。
高压蓄电池是专门用来向电动机/发电机供电的可充电蓄电池。高压蓄电池典型电子数据（如标称电压、效率和能量密度）取决于用于能量存储媒介内部配置的化学物质的种类。
如果将锌棒和铜棒分别置于不同容器适当的电解溶液中，则两种金属会以不同速度向电解质中释放离子，电子将留在金属棒上。在一个容器中，溶液中有很多带正电的锌离子，锌棒上则留有许多电子。在另一个容器中，溶液中仅有少量正极铜离子，铜棒上也只有少量电子。如果现在将两个容器用离子桥相互连接起来，则会因不同的离子浓度而发生电荷交换。由于锌棒上聚集了过量电子，因此它将作为正极，而铜棒将作为负极。由于电子浓度不同，因此两者之间的电压可测。
如果使用导线连接两个电极，则电子会从正极流向负极。该构造通常被称作原电池，是蓄电池最简单的形式。如果能量从蓄电池中释放，则正极转为负极。在可充电蓄电池中，相同的电极可作为正极或负极交替工作，取决于蓄电池正在充电还是正在放电。蓄电池工作原理如图4-1所示。
图4-1 蓄电池工作原理
可充电蓄电池通过电极和电解质使用的材料进行分类。最常见的可充电蓄电池为铅酸、镍镉、镍氢和锂离子蓄电池等。我们将在表4-1简要介绍这些蓄电池及其主要特征。
表4-1 几种常见的可充电蓄电池及其主要特征
4.1.2 锂离子电池
4.1.2.1 磷酸铁锂电池
磷酸铁锂电池全名是磷酸铁锂锂离子电池，由于其性能特别适于作动力方面的应用，故多称为磷酸铁锂动力电池，也有把它称为“锂铁（LiFe）动力电池”的。磷酸铁锂动力电池是用磷酸铁锂（LiFePO4）材料作电池正极的锂离子电池，它是锂离子电池家族的新成员。目前用作锂离子电池的正极材料主要有LiCoO2、LiMn2O4、LiNiO2及LiFePO4。这些组成电池正极材料的金属元素中，钴（Co）最贵，并且存储量不多，镍（Ni）、锰（Mn）较便宜，而铁（Fe）最便宜。
LiFePO4电池的内部结构如图4-2所示。左边是橄榄石结构的LiFePO4作为电池的正极，由铝箔与电池正极连接，中间是聚合物的隔膜，它把正极与负极隔开，但锂离子Li+可以通过，而电子e-不能通过，右边是由碳（石墨）组成的电池负极，由铜箔与电池的负极连接。电池的上下端之间是电池的电解质，电池由金属外壳密闭封装。LiFePO4电池在充电时，正极中的锂离子Li+通过聚合物隔膜向负极迁移；在放电过程中，负极中的锂离子Li+通过隔膜向正极迁移。锂离子电池就是因锂离子在充放电时来回迁移而命名的。
图4-2 LiFePO4电池内部结构
以比亚迪F3DM电动汽车为例，该车型动力电池包共有10个模组，每个模组10个单体，电压采样线101条，温度采样线110条，正负极母线各1条，托盘1个，压条若干。内部结构见图4-3。
图4-3 比亚迪F3DM动力电池包内部结构
电池包参数：每个单体3.3V，电池包标称电压330V，容量45A·h，一次充电15kW·h。
动力电池系统是电动汽车主要动力能源之一，它为整车驱动和其他用电器提供电能。
比亚迪秦的动力电池系统由10个动力电池模组、10个动力电池信息采集器、动力电池串联线、动力电池支架、动力电池包密封罩、动力电池采样线等组成，相比2014款，动力电池包把模组内部的继电器保险外挂，继电器由4个减少为1个，保险1个。10个动力电池模组中各有14～18节数量不等的电池单体，总共160节串联而成。额定总电压为528V，总电量为13kW·h。动力电池包安装位置如图4-4所示。
图4-4 比亚迪秦动力电池安装位置
电池模组连接方式如图4-5所示。
图4-5 电池模组连接方式
2014款比亚迪秦电池包（152节、501.6V、26A·h）单体连接与成组分布见图4-6。
图4-6 2014款比亚迪秦电池包单体连接与成组分布
2015款比亚迪秦电池包（160节、528V、26A·h）下层的每个模组都是18节单体，上层的每个模组都是14节单体。电池模组分布方式见图4-7。
图4-7 2015款比亚迪秦电池模组分布
比亚迪DM二代的每一个高压回路均有保险作为过流保护。电池包内部增加了一定数量的保险盒接触器进行保护，动力电池的每根采样线也有单独的保险保护。电池包熔丝位置见图4-8。
图4-8 电池包熔丝位置
即使发生碰撞短路，也可保证电池包等高压器件及线束不会短路损坏或起火。
维修开关（Service Switch）位于动力电池包总成上方的左上角，见图4-9，连接了动力电池的一个正极和一个负极；它的主要作用是在车辆维修时直接断开高压回路，从而保证操作人员的安全。维修开关正常状态时，手柄处于水平位置；需要拔出时，应先将手柄旋转至竖直状态，再向上拔出；需要插上时，应先沿竖直方向用力向下插入，再将手柄旋转至水平状态。
图4-9 维修开关位置
比亚迪E6动力电池包采用分布式管理器，每个单体3.3V，共93个单体，电池包标称电压306.9V、容量200A·h，一次充电61kW·h左右，动力电池包安装位置与部件分布如图4-10、图4-11所示。
图4-10 比亚迪E6动力电池包安装位置
图4-11 比亚迪E6动力电池包部件分布
新电池包已取消E组模组、C1/B1增加1节电池，取消E/C1/B1保险，在维修开关位置增加1个保险。新电池包模组组成见图4-12。
图4-12 新电池包模组组成
D1～D4是12节，A1、A2都是4节，C1是8节，C2是7节，B1是9节，B2是10节，E是3节，共93节。
4.1.2.2 三元锂电池
三元锂电池又称三元聚合物锂电池，指的是以镍钴锰三元材料作为正极材料，以石墨作为负极材料的电池，其以镍盐、钴盐、锰盐为原料，里面镍钴锰的比例可以根据实际需要调整，这是日韩等电池企业主攻技术方向。三元锂电池最大优势在于电池储能密度高，其储能密度通常在200WH/kg以上，相对于磷酸铁锂的90～120WH/kg，更适合乘用车市场对续航里程的需求，但是三元锂电池材料分解温度在200℃左右，它会释放氧分子，在高温作用下电解液会迅速燃烧，引发电池自燃和易爆风险，因此它对电池管理要求很高，需要做好过充保护（OVP）、过放保护（UVP）、过温保护（OTP）和过流保护（OCP）等。
宝马i3电动汽车高电压蓄电池内使用的电池属于锂离子电池类型（电池类型为NMC/LMO混合）。锂离子电池的阴极材料基本上是锂金属氧化物。“NMC/LMO混合”这一名称说明了这种电池类型使用的金属一方面是镍、锰和钴的混合物，另一方面是锂锰氧化物。通过所选阴极材料优化了电动车所用高电压蓄电池的特性（能量密度较高、使用寿命较长）。像往常一样使用石墨作为阴极材料，放电时锂离子沉积在石墨内。根据所使用的材料，电池额定电压为3.75V。i3高压电池模组安装位置如图4-13所示。
图4-13 i3高压电池模组安装位置
高电压蓄电池单元由以下主要组件构成：带有实际电池的电池模块；电池监控电子装置；安全盒；蓄能器管理电子装置SME控制单元；带散热器或选装配置加热装置的热交换器；导线束；接口（电气、制冷剂、排气）；壳体和固定部件。其电池模块外围部件分布如图4-14所示。
图4-14 宝马i3动力电池模块外围部件分布
1—排气单元；2—高压接头；3—高压蓄电池单元；4—框架；5—制冷剂管路；6—带系列号的型号铭牌；7—至12V车载网络的接口，至12V车载网络接口的通信线路；8—制冷剂单向阀（带膨胀阀）
除了高压接口外，高压蓄电池单元还有一个至12V车载网络的接口。借此为集成式蓄能器电子管理系统（SME）提供电压、总线信号和传感器信号。
在无需拆卸高压蓄电池单元的情况下，可以断开导线（高压接口和至12V车载网络的接口）以及制冷剂管路。高压蓄电池单元位于车厢内部之外。如果单格电池因故障严重而产生过压，则相应气体无需通过放气管向外排出。高压蓄电池单元壳体上的放气单元已足够进行压力补偿。
高压蓄电池单元用于吸收、存储和准备电动驱动装置和高压车载网络的电能。高压蓄电池由多个电池单元模块组成，而电池单元模块则带有相应的多个单格电池。电池单元模块串联连接，结构如图4-15所示。
图4-15 蓄电池单元结构
1—壳体盖；2—电池监控电子装置；3—电池监控电子设备电线束；4—电池模块；5—带冷却通道和加热装置的热交换器；6—壳体；7—电子插头；8—制冷剂管路接口；9—通气口；10—安全箱；11—存储器管理电子装置（SME）
为了实现可追溯性，出厂时会记录高压蓄电池单元的组成：在存储器电子管理系统（SME）内存储有最重要部件的系列号。如果高压蓄电池单元在保养时进行修理，则将新装不可见的系列号存储在SME内，并通过ISTA记录。
将记录下列部件的系列号：8个电池单元模块；8个附属的电池监控电子设备。电池模块位置如图4-16所示。
图4-16 电池模块位置
1—电池单元模块1；1a—电池监控电子设备1；2—电池单元模块2；2a—电池监控电子设备2；3—电池单元模块3；3a—电池监控电子设备3；4—电池单元模块4；4a—电池监控电子设备4；5—电池单元模块5；5a—电池监控电子设备5；6—电池单元模块6；6a—电池监控电子设备—6；7—电池单元模块7；7a—电池监控电子设备7；8—电池单元模块8；8a—电池监控电子设备8；9—安全箱；10—SME
从图4-17中可以看出，除汇集在8个电池模块内的电池本身外，I01的高电压蓄电池单元还包括以下电气/电子部件：蓄能器管理电子装置SME控制单元；8个电池监控电子装置（电池监控电路CSC）；带接触器、传感器和过电流熔丝的安全盒；电气加热装置控制装置（选装）。
图4-17 高电压蓄电池单元系统电路图
1—电气加热装置控制装置；2—用于测量高电压蓄电池单元负极导线内电流强度的传感器；3—安全盒；4—电池模块；5—电气加热装置；6—电池监控电子装置（电池监控电路CSC）；7—制冷剂管路温度传感器；8—蓄能器管理电子装置；9—高电压触点监控电路控制装置；10—车身域控制器；11—高电压安全插头（售后服务时断开连接）；12—用于触发安全型蓄电池接线柱的ACSM控制管路；13—冷却液管路截止阀；14—智能型蓄电池传感器；15—蓄电池；16—安全型蓄电池接线柱；17—前部配电盒
除电气组件外，高电压蓄电池单元还包括制冷剂管路、冷却通道以及电池模块的机械固定元件。
奥迪A3 Sportback e-tron混合动力电池组紧固在车辆下方并由以下部件组成在一起：电池控制单元；高压电池的控制箱；8个电池模块，每个模块有12个电池单元和控制器（见图4-18）；电池单元的冷却系统；高压电缆连接；12V电气系统的连接；冷却液连接。动力电池包组成如图4-19所示。
图4-18 电池模块的组成
图4-19 动力电池包组成
混合动力蓄电池单元的外壳由铸铝外壳和塑料（上部壳体）制成。上壳与下壳通过螺栓和密封件结合在一起。混合动力电池单元的顶部用一个压力补偿元件和泄压阀连接，温度变化引起的外壳压力变化由压力补偿元件进行补偿调节。如果混合动力电池单元中的压力变得太大，则会打开卸压阀。混合动力蓄电池单元通过电位均衡线连接到车身上。
2个电池模块在底部都安装有冷却元件，4个散热元件在混合电池中用并联方式连接。进口和出口温度的编码器集成在冷却液的连接处。
① 表示充电/放电电流从+50℃降低。
② 表示充电状态保持在25%～85%之间。
奥迪Q7 e-tron quattro的锂离子电池总容量为17.3kW·h，在纯电动模式下最大续航里程为56km，满电续航里程为1410km。纯电模式下0～60km/h加速仅需6.1s；在混动模式下0～100km/h需6s，极速可达225km/h，综合油耗低至1.7L/100km。电池模块结构如图4-20所示，高压电池包内部管路连接如图4-21所示。
图4-20 奥迪Q7 e-tron车型高压电池模块结构图
图4-21 奥迪Q7 e-tron高压电池模块内部管路连接图
广汽传祺GA3S动力电池系统布置在后排座椅底盘，由8个M12的固定螺栓固定，手动维护开关安装于右后排座下，需要拆下右后排座椅才能够进行拆装操作。
动力电池系统冷却方式为液冷，重量小于等于138kg，由88个三元电池单体电芯组装而成8个模组，标称电压为321V，正常电压范围为250～369V，瞬时最大放电功率为110kW。GA3S电池包组成形式如图4-22所示。
图4-22 传祺GA3S电池包组成形式
4.1.2.3 锰酸锂电池
锰酸锂是较有前景的锂离子正极材料之一，相比钴酸锂等传统正极材料，锰酸锂具有资源丰富、成本低、无污染、安全性好、倍率性能好等优点，是理想的动力电池正极材料，但其较差的循环性能及电化学稳定性却大大限制了其产业化。锰酸锂主要包括尖晶石型锰酸锂和层状结构锰酸锂，其中尖晶石型锰酸锂结构稳定，易于实现工业化生产，如今市场产品均为此种结构。
如今市场上主要的锰酸锂有A、B两类，A类是指动力电池用的材料，其特点主要是考虑安全性及循环性；B类是指手机电池类的替代品，其特点主要是高容量。
锰酸锂的生产主要以EMD和碳酸锂为原料，配合相应的添加物，经过混料、烧成、后期处理等步骤而生产的。从原材料及生产工艺的特点来考虑，生产本身无毒害，对环境友好，不产生废水废气，生产中的粉末可以回收利用，因此对环境没有影响。
AESC、东芝、LEJ、日立与LG等日韩电池企业将锰酸锂电池广泛应用于日、韩、欧美等多主流品牌的新能源汽车上。尤其日产leaf截至2016年年底累计销售35万辆。日本电池厂的锰酸锂电池以大的掺杂单晶颗粒为主：克容量稍低，设计面密度很低，高温及循环性能好；多与三元或二元材料掺混使用。相关应用材料及车型如图4-23所示。
图4-23 日韩动力电池厂家正极材料应用及车型
日本日产leaf与三菱i-MiEV电动汽车上就应用了锰酸锂电池，其高压电池组安装位置如图4-24所示。高压锂电池包组成如图4-25所示。
图4-24 日产leaf与三菱i-MiEV汽车高压电池组安装位置
图4-25 日产leaf与i-MiEV汽车高压锂电池包组成
4.1.3 镍氢电池
镍氢（NiMH）蓄电池的单电池的源电压是由电极上过量的带电氢粒子产生的。镍氧氢化合物（氢氧化镍）用作正电极。负电极由能对氢进行可逆存储的金属合金组成。镍氢电池内部结构如图4-26所示。
图4-26 镍氢（NiMH）蓄电池内部结构
1—壳体和接头；2—绝缘层；3—密封件；4—盖；5—+接头；6—安全阀；7—PTC（温度决定的电阻）；8—隔离层；9—正电极；10—负电极
充电过程中，氢粒子从负电极迁移至正电极，并吸附在电极材料上。放电过程相同，但顺序相反。
镍氢（NiMH）蓄电池的单电池采用了两个安全机制。PTC电阻器可限制高温时的电流，安全阀可以受控方式释放蓄电池的单电池中产生的过高压力。
镍氢蓄电池已代替了以前的普通镍镉蓄电池。在蓄电池系统的三种基本单电池设计（扁平单电池、圆形/圆柱形单电池和棱柱形单电池）中，保时捷采用了圆柱形单电池设计，因为它具有极稳定的机械属性和高能量密度，并且制造成本低。此外，各单电池间的空间使圆柱形单电池更易冷却。镍氢蓄电池的能量密度通常为80Wh/kg。近期不会有更高的能量密度。
丰田（包括雷克萨斯）和本田HEV车型使用的是镍氢电池，镍氢电池能量密度虽然没有锂电池高，却更加安全可靠，有着更好的充放电循环寿命。
镍氢电池电解液为不可燃的水溶液，比热容、电解液蒸发热相对较高，而能量密度相对较低，即使发生短路、刺穿等极端异常情况，电池温升小，也不会燃烧。
在低温地区，如日本北海道、加拿大，室外温度在0℃以下，镍氢电池也能正常的充放电，不会存在安全隐患。此外，镍氢电池的产品质量控制难度也相对比较低，因制造过程导致缺陷的可能性很小。
所以对电池电量要求不高的普通混动车型，大多都选择使用镍氢电池。除了丰田旗下的卡罗拉-雷凌双擎、凯美瑞双擎、普锐斯，雷克萨斯CT200H、ES300H，本田思域HEV、INSIGHT英赛特、CR-Z等混动车型，其他使用镍氢电池的混合动力车辆包括福特汽车的Ford Escape、雪佛兰的Chevrolet Malibu。
4.1.3.1 丰田HEV车用镍氢电池
第一代丰田普锐斯（Prius，代号NHW10/NHW11）（1997—2003年）作为全球第一款量产的混动车型，搭载型号1NZ-FXE的1.5L直列四缸自然吸气发动机和一台288V永磁交流电动机，其中汽油发动机最大功率58马力，最大扭矩102N·m，电动机最大功率29kW（约合40马力），最大扭矩305N·m，配备ECVT（电控无级变速箱）变速箱，镍金属氢化物（镍氢）电池组作为电力源（安装位置见图4-27），丰田将这套油电混合动力系统称之为“THS”，即Toyota Hybrid System（丰田混合动力系统）。截至2003年，第一代普锐斯在全球20多个国家共售出12.3万辆。
图4-27 第一代丰田普锐斯镍氢电池包安装位置
第二代丰田普锐斯（代号NHW20）（2003—2011年）由三厢车变为五门掀背造型，继续沿用型号1NZ-FXE的1.5L四缸自然吸气发动机，此发动机具有VVT-i可变正时气门技术，最大功率77马力，最大扭矩115N·m，500V电动机最大功率50kW（约合68马力），最大扭矩400N·m，混合动力净功率112马力，配备ECVT无级变速箱。第二代Prius配备了全电动空调压缩机，此外还使用了电动转向系统。如图4-28所示，配备了尺寸更小且重量更轻的镍氢电池组，丰田在北美市场给这套电池组提供10万英里（约合16.1万千米）内或8年保修期。2005年12月，一汽丰田长春工厂开始投产第二代Prius，国产后的Prius采用音译名称普锐斯。截至2011年停产，第二代Prius在全球40多个国家共售出119.2万辆。
图4-28 丰田普锐斯（THS二三代产品）
第三代丰田普锐斯（代号ZVW30）（2009年—）沿用了上一代车型的造型设计，车顶配备了丰田和京瓷共同研发的太阳能板，用以在夏天收集足够的电能来启动空调等电子设备。后轮的鼓式刹车已升级为盘式刹车系统。型号2ZR-FXE的1.8L VVT-i四缸汽油发动机取代了原先那台1.5L发动机，最大功率99马力，最大扭矩142N·m，650V电动机最大功率60kW（约合81马力），最大扭矩207N·m，混合动力最高输出功率100kW（约合135马力），传动系统依然配备了一台ECVT电控无级变速箱。采用电子水泵，这也让它成为第一款全车无需皮带传动的量产车型。丰田在2011年将代号ZVW35的Prius PHV插电式混动车型推向市场，该车百公里油耗进一步降至2.2L，CO2的排放降至49g/km。2012年2月，国产第三代普锐斯正式上市，从2009年诞生以来，第三代Prius全球销量已达168.8万辆。
第四代丰田普锐斯（代号ZVW50）基于丰田全新的TNGA平台打造（丰田在2016年12月正式发布了全新TNGA全球架构平台之后，第四代普锐斯则成了该平台下的首款车型），曾经占用一部分后备厢空间的电池组被移到了后座下方，仍沿用那台代号2ZR-FXE的1.8L自然吸气四缸发动机，提供2WD及E-Four四轮驱动两种车型可选，可辅助引擎或前马达输出动力，并让新款普锐斯具备电动四驱的能力。第四代普锐斯提高了电池的输出功率，辅助行驶时，能提供更强的动力，充电时也能承受更大的电流。新车根据车型等级使用不同的电池，见图4-29。E、A、A Premium配备的是锂离子电池，S和4轮驱动车型都配备的是镍氢电池。锂离子电池组的重量为24.5kg，而镍氢电池的电池组为40.3kg。
图4-29 第四代普锐斯用高压电池
4.1.3.2 通用HEV车用镍氢电池
驱动电动机/发电机电池也称混合动力电池。以凯迪拉克凯雷德HEV车型为例，驱动电动机/发电机电池包括40个单独的电池模块。每个电池模块的额定电压是7.2V直流电，所有模块串联在一起。所有模块的合并输出电压是约288V直流，电池组内部结构如图4-30所示。直流高压通过高压直流电线经车辆底部连接到驱动电动机/发电机电源逆变器模块（PIM）。高压电池正极和负极电线总成（300V）颜色是橙色，表示有潜在高压。PIM将直流电压转换成交流电压，启用动力总成混合动力功能的电气部分。驱动电动机/发电机电池有很少的移动零件。移动零件有两个高压接触器继电器、高压电流限制继电器、电池通风风扇继电器和一个电池通风风扇。通风风扇用于帮助冷却电池。电池能量控制模块（BECM）控制着这些装置，利用混合动力电池总成内的几个传感器监控电流、电压和温度。BECM将根据这些输入设置诊断故障码。
图4-30 镍氢电池组内部结构
混合动力驱动电动机/发电机电池位于中间一排座椅底下（运动型车型）或后排座椅底下（皮卡车型），见图4-31。BECM、通风风扇、通风风扇继电器、电流限制继电器和高压接触器继电器位于混合动力电池总成内。
图4-31 HEV镍氢电池安装位置
4.1.4 燃料电池
氢/氧燃料电池是原电池的一种特殊形式，主要部件为两个电极（1）如镀铂的碳纤维纳米管用作催化剂（2）以及一层特殊薄膜（3）。多种化合物均可用作电极。特殊薄膜具有气密性，对电子不导电，对质子（不带电子的氢核）具有渗透性。氧气（O2）来自环境空气，无需专门填充。燃料电池构造如图4-32所示。
图4-32 燃料电池构造
氢气（H2）和氧气（O2）分别分配至两个电极：氢气至正极（A），氧气至负极（C）。氢气在催化剂的作用下释放两个电子并分裂成两个带正电的氢核（质子）。氢核可以渗入并穿过薄膜，因为薄膜另一侧（负极）电解质的质子数较正极少（扩散）。氧气在其电极侧通过催化作用吸收电子，然后立即与自由的氢质子反应生成水（H2O）。
如果电子连接正极和负极，则该反应（4）会产生电流。随着氢气转化为水，燃料电池中直接产生电能。燃料电池工作原理示意图如图4-33所示。
图4-33 燃料电池工作原理示意图
氢气在特别灌注泵中装满。加氢燃料的过程与天然气燃料加注的过程一致。氢气在700bar的压力下泵入车辆下方的增压箱中。根据氢的物理属性，80L氢气大约重6.44kg。氢气通过减压器进入燃料电池。在工作压力为3bar时，燃料电池可提供250～450V直流电压。
燃料电池本质是水电解的“逆”装置，主要由3部分组成，即阳极、阴极、电解质。其阳极为氢电极，阴极为氧电极。通常，阳极和阴极上都含有一定量的催化剂，用来加速电极上发生的电化学反应。两极之间是电解质。
以质子交换膜燃料电池（PEMFC）为例，其工作原理如下：① 氢气通过管道或导气板到达阳极；② 在阳极催化剂的作用下，1个氢分子解离为2个氢质子，并释放出2个电子，阳极反应为H2→2H++2e。③ 在电池的另一端，氧气（或空气）通过管道或导气板到达阴极，在阴极催化剂的作用下，氧分子和氢离子与通过外电路到达阴极的电子发生反应生成水，阴极反应为1/2O2+2H++2e→H2O。总的化学反应为H2+1/2O2＝H2O。电子在外电路形成直流电。因此，只要源源不断地向燃料电池阳极和阴极供给氢气和氧气，就可以向外电路的负载连续地输出电能。
A7 Sportback h-tron quattro概念车搭载氢燃料电池动力系统，这套系统的最大功率为230马力，最大扭矩为540N·m。其0～100km/h加速仅为7.9s，极速可以达到180km。这套系统可以使用氢气当燃料行驶或在纯电动模式下行驶，使用氢气作燃料时，每千克氢气可是行驶100km。纯电动模式时则可行驶50km。其总续航里程可以达到500km。燃料电池构成如图4-34所示。
图4-34 奥迪A7 h-tron燃料电池构成